ICP-MS与ICP-AESAAS方法的比较

ICP-MS与ICP-AES、AAS方法的比较ICP-MS电感耦合等离子体质谱法，ICP-AES电感耦合等离子体原子发射光谱法，AAS原子吸收光谱法（1）检测限ICP-MS是一个以质谱仪作为检测器的等离子器的等离子体，ICP-AES和ICP-MS的进样部分及等离子体是极其相似的。ICP-AES测量的是光学光谱（120nm～800nm），ICP-MS测量的是离子质谱，提供在3～250amu范围内每一个原子质量单位（amu）的信息，还可进行同位素测定，尤其是其检出限给人极深刻的印象，其溶液的检出限大部分为ppt级。石墨炉AAS的检出限为1～10ppb，一些元素也可得到亚ppb级的检出限。但由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS的检出限实际上会变差多达50倍，一些轻元素（如S、Ca、Fe、K）在ICP-MS中有严重的干扰，其实际检出限也很差。表1ICP-MS、ICP-AES与AAS方法检出限的比较Table1DetectionlimitcomparisonofICP-MS，ICP-AESandAAS(mg/L)元素ICP-MSICP-AESGF-AASF-AASAg0.0030.30.011.5Ga0.0014.00.150Al0.0060.20.145Ge0.0036.03100As0.0060.90.230Hf0.00063.3-300Au0.0010.60.19Hg0.0040.50.650B0.090.3201000In0.00059.00.0430Ba0.0020.040.3515Ir0.00065.03.0900Be0.030.050.0031.5K10.20.0083Bi0.00052.60.2530La0.00051.0-2000Ca0.50.020.011.5Li0.0270.20.060.8Cd0.0030.090.0080.8Mg0.0070.010.0040.1Ce0.00042.0--Mn0.0020.040.020.8Co0.00090.20.159Mo0.0030.20.0830Cr0.020.20.033Na0.030.5-0.3Cs0.0005-0.0415Nb0.00095.0-1500Cu0.0030.20.041.5Ni0.0050.30.35Fe0.40.20.15Os-0.13-120P0.31.50.321000Sn0.0021.30.250Pb0.0011.50.0610Sr0.00080.010.0253Pd0.00093.00.810Ta0.00065.3-1500Pt0.0024.716Te0.01100.130Rb0.003300.033Th0.00035.4--Re0.00063.3-600Ti0.0060.050.3575Rh0.00085.00.86Tl0.00051.00.1515Ru0.0026.0-60U0.000315-15000S709.0-V0.0020.20.120Sb0.0012.00.1530W0.0012.0-1500Se0.0150.09630Y0.00090.3-75Se0.061.50.3100Zn0.0030.20.011.5Si0.71.51.090Zr0.0040.3-450（2）分析性能A容易使用程度在日常工作中，从自动化来讲，ICP-AES是最成熟的，可由技术部熟练的人员来应用ICP-AES专家制定的方法进行工作。ICP-MS的操作直到现在仍较为复杂，尽管近年来在计算机控制和智能化软件方面有很大的进步，但在常规分析前仍需由技术人员进行精密调整，ICP-MS的方法研究也是很复杂及耗时的工作。GF-AAS的常规工作虽然是比较容易的，但制定方法仍需要相当熟练的技术。B分析试液中的总固体溶解量（TDS）的影响在常规工作中，ICP-AES可分析10﹪TDS的溶液，甚至可以高至30﹪的盐溶液。在短时期内ICP-MS可分析0.5﹪的溶液，但在大多情况下采用不大于0.2﹪TDS的溶液为佳。当原始样品是固体时，与ICP-AES，GF-AAS相比，ICP-MS需要更高的稀释倍数，这算到原始固体样品中的检出限就显示不出很大的优势了。C线性动态范围（LDR）ICP-MS具有超过105的LDR，各种方法可使其LDR扩展至108。但不管如何，对ICP-MS来说，高基体浓度会使分析出现问题，而这些问题的最好解决方案是稀释。因此，ICP-MS应用的主要领域在痕量/超痕量分析。GF-AAS的LDR限制在102～103，如选用次灵敏线可进行高一些浓度的分析。ICP-AES具有105以上的LDR且抗盐份能力强，可进行痕量及主量元素的测定，ICP-AES可测定的浓度高达百分含量，因此，ICP-AES可以很好地满足实验室主、次、痕量元素常规分析的需要。D精密度ICP-MS的短期精密度一般是1﹪～3﹪RSD，这是应用多内标法在常规工作中得到的。ICP-AES的短期精密度一般为0.3﹪～1﹪RSD，几个小时的长期精密度小于3﹪RSD。GF-AAS的短期精密度为0.5～5﹪RSD，长期精密度的因素不在于时间而视石墨管的使用次数。E样品分析能力ICP-MS和ICP-AES的分析能力体现在其可以多元素同时测定上。ICP-AES的分析速度取决于是采用全谱直读型还是单道扫描型，每个样品所需的时间为2或6min，全谱直读型较快，一般为2min测定一个样品。GF-AAS的分析速度为每个样品中每个元素需3～4min，可以无人自动工作，可保证其对样品的分析能力。F运行费用ICP-MS运行费用要高于ICP-AES，因为ICP-MS的一些部件如涡轮分子泵、取样锥和截取锥以及检测器有一定的使用寿命而且需要更换。ICP-AES主要是雾化器与炬管的消耗，这和ICP-MS一样，其使用寿命是相同的。GF-AAS则主要是石墨管的使用寿命及其费用。这三种技术均使用Ar气，其消耗量是一笔相当的费用，ICP技术的Ar费用远高于GF-AAS。可以看出这些技术是相互补充的，没有一种技术能满足所有的分析要求，只有某一种技术稍优于另一种技术的地方。表2时AAS、ICP-AES、ICP-MS三种技术的分析性能的简单比较：根据分析溶液中待测元素的浓度来看，若每个样品测定1～3个元素，元素浓度为亚或低于ppb级，如果被测元素要求能满足的情况下，选用GF-AAS是最合适的；若每个样品5～20个元素，含量为亚ppm至﹪，则选用ICP-AES是最合适的；如果每个样品需测4个以上的元素，在亚ppb及ppb含量，而且样品的数量也相当大，选用ICP-MS是较合适的。可以看出ICP-AES是比较理想的分析方法，使实验室应当配置的常规分析手段。如果实验室选用了ICP-AES来取代ICP-MS，那么实验室最好能配备GF-AAS。这一配置可以满足一般实验室对于主、次、痕量成分分析的需要。ICP—AES法在冶金分析应用上可能出现的最大困难在于如何解决光谱干扰问题。这也是ICP分析技术发展中需要不断解决的研究课题。ICP-AES法基本效应，可以应用内标来解决例如雾化室效应、试样与标准溶液之间粘度差异所带来的基本效应；背景较高可以采用离线背景校正，应用动态背景校正对提高准确度也是很有效的。ICP-AES法最大的干扰是谱线干扰，其光谱线数量很大且谱线干扰也较难解决。有记载的ICP-AES谱线有50000多条，元素间的谱线干扰及基本的谱线干扰也就很严重。因此，对某些样品例如钢铁、冶金产品的分析必须使用高分辨率的ICP-AES仪器，尽量把可能干扰的谱线分开。各种分子粒子（如OH）的谱峰或谱带对某些低含量的被测元素也带来干扰，影响其样品分析中的实际检出限。因此使用CCD阵列检测器的仪器，以便准确快速地得到待测谱线及相邻背景信息，并对分析谱线和背景进行同步测量，可实现离峰法测量而避开谱线干扰，或采用MSF法或IEC法扣除干扰。选择每个元素的适宜分析条件或加入电离缓衡剂（如过量的I族元素）可以减少易点离元素的影响。综上所述，可以认为：在日常工作中ICP-AES分析技术是最成熟的，可由技术不熟练的人员应用ICP-AES技术人员制定的分析方法来进行工作。在常规工作中，ICP-AES可分析10﹪TDS的溶液。甚至可以高至30﹪的盐溶液。ICP-AES具有106以上的线性范围LDR且抗盐份能力强，可同时进行痕量及主量元素的测定，ICP-AES可同时直接测定0.001﹪～60﹪的浓度含量。ICP-AES的短期精密度可以达到0.3﹪～0.5﹪RSD，几个小时的长期精密度已可达到～1﹪RSD。因此，ICP-AES外加ICP-MS，或GF-AAS便可很好地满足实验室的分析需要。对于每个样品分析5～20个元素，含量在亚ppm至﹪，使用ICP-AES是最合适的。ICP-AES和GF-AAS由于现代化的自动化设计及使用惰性气体的安全性，可以整夜无人看管工作。因此，ICP仪器必将成为冶金分析实验室的基本配置，其分析技术在冶金分析中发挥越来越重要的作用。表2ICP-MS、ICP-AES与AAS分析性能的比较Table2AnalysiscapabilitycomparisonofICP-MS，ICP-AESandAAS方法类型ICP-MSICP-AESGF-AASF-AAS检出限绝大部分元素非常好绝大部分元素很好部分元素非常好部分元素较好分析能力动态范围108106102103精密度（RSD）短期1﹪～3﹪0.3﹪～1﹪1﹪～5﹪0.1﹪～1﹪长期（4h）＜5﹪＜3﹪--干扰情况光（质）谱干扰少多少很少化学（基体）干扰中等几乎没有多多电离干扰很少很少很少有一些质量效应存在不存在不存在不存在同位素干扰有无无无固体溶解量（Max.）0.1﹪～0.5﹪2﹪～10﹪＞20﹪0.5﹪～3﹪可测元素＜75＜73＜50＜68样品用量少较多很少多半定量分析能能不能不能同位素分析能不能不能不能分析方法开发需要专业知识需要专业技术需要专业技术容易无人控制操作能能能不能使用易燃气体无无无有运行费用高中上中等低